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一、概述

跟着谋略机在工业节制的广泛利用,节制局域收集也深入利用到各行各业之中。现行的诸多节制系统,若采纳单机节制要领已越来越难以满意设备节制的要求,由于每每我们所节制的设备只是全部系统的一个基础单元,它既必要外部输入一些需要的信息,同时也必要向外部输出自身的运行参数和状态。所有这些,都要求我们采纳节制收集技巧,将浩繁设备有机的连成一体,以包管全部系统安然靠得住地运行。

实际临盆的伟大年夜需求匆匆进下场部总线的成长,同时也带来了“百花齐放,百家争鸣”的盛况。从国外到海内的现场通讯收集较为盛行的有:RS-232;RS-422/485;HART;ProfieldBus;Dupline;CAN;Lonworks;FF以及未来极有成长潜力的CEbus。今朝我国的实际环境是RS-232/RS-422/RS-485利用最为遍及,CAN网的成长速率最快而其它优秀的收集(如FF,Lonworks)在海内遍及尚需时日。现在国内外大年夜部分的收集终端节制设备带有RS-232/RS-422/RS-485 或者CAN 接口,为了便于使用这些节制设备进行系统集成,设计一个现场总线适配器将十分需要。

二、功能描述

本通讯适配器包括三个通讯收集接口分手是RS-232、RS-422/485和CAN接口能够完成以下功能:

1、RS-232到RS-422/485之间的通讯适配

带有RS-232接口的主机(如PC操作站、历程站等)或从机(如现场节制单元、智能收集节点等)可以经由过程现场总线适配器的RS-422/485接口连入由其构成的局部节制收集实现RS-422/485收集数据和敕令的传输。

2、RS-232到CAN网之间的通讯适配

带有RS-232接口的主机(如PC操作站、历程站等)或从机(如现场节制单元智能收集节点等)可以经由过程现场总线适配器的CAN接口连入CAN网,实现基于CAN网的收集数据和敕令的传输。

3、RS-422/485到CAN网之间的通讯适配

该通讯适配器能够将一个系统中的RS-422/485收集和CAN网实现互相连接。这样当源地址在RS-422/485收集,而目标地址在CAN网时,或者当源地址在CAN收集,而目和记怡情博乐标地址在RS-422/485网时,通讯适配器可以完成两个收集之间的数据和敕令的传输。由此办理了系统集成历程中不合收集终端设备的互连问题,使系统设计具有更宽的选择范围达到更先辈的水平。

4、相同或不合收集之间的间隔、节点数和分支扩展

因为RS-422/485和CAN网均为总线型收集,它们的通讯间隔、收集节点数目和收集分支扩展都有必然程度的限定,采纳现场总线适配器后,可以随意率性扩展和连接,这在组建较为繁杂的总线型收集时十分有用。

5、经由过程连接外置MODEM,实现收集数据和敕令的更远间隔传输

当更远间隔的监控或治理中间,必要遥测或遥控本地收集(RS-422/485或CAN网)的设备时,该收集通讯适配器可以采纳连接外置MODEM要领,经由过程电话线或专线,完成本地RS-422/485收集或CAN网与远方监控或治理中间的数据和敕令的传输。

三、硬件设计

我们将收集适配器按其功能划分为五个部分,包括收集适配器和记怡情博乐的最小系统、RS-232接口、RS-422/485接口、CAN接口和电源等部分。以下是每个部分的详细实现措施及其特征。

1、现场总线适配器的最小系统

现场总线适配器的最小系统包括以和记怡情博乐下几个部分(CPU、uP监控复位、RAM和非易掉性串行EEPROM):

ATMEL公司的89C51,它是适配器的信息中央处置惩罚单元,在软件的支持下履行收集敕令、数据的接管、处置惩罚并发送出响应的收集敕令和数据,发挥总线适配器在现场局部收集中的感化。

Maxim公司的MAX824,具有高、低复位电平输出,集强大年夜功能(上电复位、欠电压复位、“看门狗”等和微小封装(SOT23-5)于一身,是uP监控复位电路的抱负选择。

RAM62256(256kbit),用于通讯历程中各收集的接管和发送缓冲区、收集节点的接管和发送缓冲区及CPU数据处置惩罚缓冲。

EEPROM 93C46(512kbit),用以寄放收集设置设置设备摆设摆设,包括收集种类、各收集节点数目及地址信息等。

其电路道理图如图1所示。

图1 总线适配器小系统道理图

2、RS-232接口部分

因为本现场总线适配器包括RS-232和RS-422/485两个自力的接口,势比必要二个异步串行口(UART),而CPU89C51只带有一个(UART),显然本系统中必要外扩一个UART。鉴于体积、功耗和机能价格比上的斟酌,传统的UART节制器如8250等已难以满意要求,令人鼓舞的是Maxim公司推出不久的SPI接口的UART节制器恰恰满意要求,其主要机能为:SPI/Microwire兼容的uP接口,8字节接管FIFO,9位地址识别中断、IrDA SIR时序兼容、RTS输出和CTS输入最高波特率230k、事情电压+2.7V至+5.5V、事情电流仅0.5mA、DIP14或QSOP16封装。MAX3100精良的机能,更得当在本系统中应用。

RS-232通讯接口部分包括UART节制器和RS-232/TTL电平转换IC。UART采纳了MAX3100,而接口芯片采纳了单+5V供电的MAX202(传统上采纳12 或15V供电的MC1488和MC1489两片规划)完成电平的互相转换。采纳上述规划,使我们大年夜大年夜地简化了电路和电源设计、减小体积、低落功耗和资源。此部分的电路道理如图2所示。

图2 RS-232接口电路部分道理图

3、RS-422/485接口部分

图3所示的RS-422/485接口部分道理图是范例的RS-422/485通讯接口电路,即适用于全双工的RS-422(所有的RS-422/485 选择开关断开),也适用于半双工的RS-485(所有的选择开关闭合)。89C51供给UART节制器,此中P1.5节制发送使能端Tx-EN。 接口芯片采纳的是MAX1482(传统上采纳75174和75175或MC3486和MC3487两片规划)实现TTL/RS-422电平的互相转换,除了缩小体积、低落功耗外,还具有最多256个收集节点的收发能力。

图3 RS-422/485接口部分道理图

4、CAN总线接口部分

CAN总线之以是在海内甚至举世范围内不停维持高速成长,这完全取决于其卓越的机能。最早CAN总线主要利用在汽车领域,跟着集成工艺的成长和资源的低落,被越来越多的节制领域内的软硬件工程师所吸收,广泛地利用和记怡情博乐于各行各业的节制局域网中。应该说,FF、Lonworks 或CEbus 与海内的技巧状况和遭遇能力有和记怡情博乐一段间隔,CAN总线可能更得当我国国情。其主要机能指标为:多主站仲裁布局(分地址优先级,非破坏要领仲裁);支持主从或广播要领;不加任何扩展最多110个节点;最高通讯速度1Msps;最远通讯间隔5kM;平日CAN节制器内部设有接管和发送缓冲区,通讯以帧为单位,最多8个字节的数据,硬件自动进行16位CRC校验,而且具有极强的总线和通讯差错的治理能力。

在我们设计的CAN接口电路中采纳了PHILIPS公司临盆的CAN总线节制器和CAN接口芯片,分手为82C200(引脚兼容的进级版本为SJC1000)和82C250, 图4为范例的CAN总线接口部分道理图。因为CAN总线的节制器和接口IC的内容太多,在此不作具体描述。

图4 CAN接口部分道理图

5、电源部分

电源规划采纳体积小、重量轻的AC-DC模块,输入电压范围165-265VAC,输出两组电源,分手为VCC,GND(+5V/250mA)和+5V,GND2(+5V/150mA)较简单地完成电源规划设计。

四、软件设计

软件设计采纳模块化布局,依据各个功能部分进行模块划分,大年夜致划分为:总线适配器内部参数初始化;主轮回法度榜样;RS-232、RS-422/485和CAN接口初始化;各总线收集、各收集节点接管和发送缓冲区初始化;RS-232、RS-422/485和CAN接口对应的中断办事法度榜样;通讯信息数据包的敕令解释和处置惩罚法度榜样;RS-232、RS-422/485和CAN接口对应于通讯信息包的装载和卸载法度榜样;RS-232、RS-422/485和CAN接口对应的掉足处置惩罚法度榜样。

为便于收集敕令和数据处置惩罚,本总线适配器采纳统一的数据包款式,它们是:源逻辑地址(2字节)、目标逻辑地址(2字节)、敕令(1字节)、数据长度(1字节)、数据、数据累加校验和(2字节)。此中源地址和目标地址定义基真相同,各位定义如下:B15——代表主从要领或广播要领;B14——代表主机或从机;B13,B12——代表第几个RS-232收集区间(1至3,0代表不是该收集地址,以下定义相同);B11,B10——代表第几个RS-422/485 收集区间;B9,

B8——代表第几个CAN 收集区间;B7-B0——对应收集区间下的物理地址(同一个收集区间下最多容许256个收集节点)。限于篇幅,在此不作更具体的评论争论。

五、利用实例

在赤峰弘远年夜肉牛加工厂的冷库谋略机散播式节制系统中(LJC-1000)采纳了该现场总线适配器,图5为赤峰弘远年夜肉牛厂冷库DCS系统的收集布局图。在研制DCS系统历程中,充分使用现场收集终端节制设备在不合节制工具中的机能和资源上风,较好地办理了将不合终端收集节制设备连成一个节制系统的难题,使冷库的全部DCS 节制系统自动化节制和治理达到了海内先辈水平。

图5 赤峰弘远年夜肉牛厂冷库DCS系统的收集布局图

六、结论

实践证实,本现场总线适配器能够较好地办理了不合现场总线之间的互相连接的问题。而且跟着RS-422/485和CAN 总线进一步成长,基于这些收集接口的现场终端设备将更趋多样化,现在以至将来,在系统集成中必弗成少地要应用现场总线适配器。是以此类现场总线适配器包括将来兼容FF、Lonworks和CEbus的总线适配器将具有广泛的利用前景。

责任编辑:gt

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